DE102005045362B4 - Device for determining the position of a medical instrument, associated imaging examination device and associated method - Google Patents

Device for determining the position of a medical instrument, associated imaging examination device and associated method Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung (16), insbesondere einer Röntgeneinrichtung, in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments (10) mit einem Positionssensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Recheneinheit (3) aufweist, in der wenigstens eine die möglichen räumlichen Positionen des medizinischen Instruments (10) während der Untersuchung einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Information abgelegt ist, wobei die Recheneinheit (3) in Abhängigkeit von der wenigstens einen einschränkenden untersuchungseinrichtungsspezifischen Information zur Positionsbestimmung des medizinischen Instruments (10) bei begrenztem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen ausgebildet ist, um den Rechenaufwand für die Positionsbestimmung zu reduzieren.Device (1) for determining the position of at least one medical instrument (10) with a position sensor system, which is inserted into the body of a patient for an examination with an imaging examination device (16), in particular an X-ray device, characterized in that the device (1) has a computing unit ( 3), in which at least one item of examination facility-specific information that restricts the possible spatial positions of the medical instrument (10) during the examination is stored, the computing unit (3) depending on the at least one restrictive examination facility-specific item of information for determining the position of the medical instrument (10) is designed with a limited position space of the possible spatial positions in order to reduce the computational effort for the position determination.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung, in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments mit einem Positionssensorsystem sowie eine zugehörige bildgebende Untersuchungseinrichtung und ein Verfahren.The invention relates to a device for determining the position of at least one medical instrument with a position sensor system introduced into the body of a patient for an examination with an imaging examination device, in particular an X-ray device, as well as an associated imaging examination device and a method.

Vaskuläre Gefäßerkrankungen wie der Herzinfarkt zählen zu den häufigsten Erkrankungen mit Todesfolge. Sie werden verursacht durch Erkrankungen der Gefäße, bei denen es durch Plaqueablagerungen zu einer Verengung bzw. zu einer „Verstopfung” der Gefäße kommt. Eine Behandlungsmöglichkeit besteht darin, die Engstellen beispielsweise der Koronargefäße mit einem so genannten „Ballon-Katheter” zu dehnen, wozu ein Führungsdraht durch das Gefäßsystem in den Bereich der zu behandelnden Engstelle geführt wird. Anschließend kann ein Führungskatheter über den Führungsdraht bis zum Ostium der Koronararterie geschoben werden, wobei innerhalb des Führungskatheters über den Führungsdraht ein Ballon-Katheter in der so genannten „Over-the-wire”-Technik geführt wird. Der am distalen Ende des Katheters vorgesehene Ballon wird anschließend aufgeblasen und so die Stenose erweitert. Auch bei anderen Erkrankungen werden in ähnlicher Weise medizinische Instrumente in den Körper des Patienten eingebracht.Vascular vascular diseases such as myocardial infarction are among the most common fatal diseases. They are caused by diseases of the vessels in which plaque deposits cause a narrowing or a "blockage" of the vessels. One treatment option is to stretch the bottlenecks of, for example, the coronary vessels with a so-called "balloon catheter", for which purpose a guide wire is guided through the vascular system into the area of the constriction to be treated. Subsequently, a guide catheter can be slid over the guidewire to the ostium of the coronary artery, with a balloon catheter being guided over the guidewire within the guide catheter in the so-called "over-the-wire" technique. The balloon provided at the distal end of the catheter is then inflated to dilate the stenosis. In other diseases, medical instruments are similarly introduced into the body of the patient.

Derartige Behandlungen werden in der Regel unter Röntgenkontrolle nach einer Kontrastmittelgabe durchgeführt. Die verwendeten medizinischen Instrumente wie beispielsweise Katheter oder Führungsdrähte werden mit einem meist magnetischen beziehungsweise elektromagnetischen Positionssensorsystem versehen, das zudem externe Komponenten wie Sender beziehungsweise Empfänger außerhalb des Körpers aufweist, um so eine Ortung des Instruments im Körper des Patienten zu erreichen und die Behandlung begleitend zu überwachen. Die Überwachung dient z. B. dazu, Schädigungen des Gefäßsystems durch das Instrument zu verhindern.Such treatments are usually performed under X-ray control after a contrast agent administration. The medical instruments used such as catheters or guide wires are provided with a mostly magnetic or electromagnetic position sensor system, which also has external components such as transmitter or receiver outside the body, so as to achieve a location of the instrument in the patient's body and to monitor the treatment concomitantly , The monitoring is used for. B. to prevent damage to the vascular system by the instrument.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift EP 0 456 103 A2 ist eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung in dem Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments mit einem Positionssensorsystem bekannt.From the generic document EP 0 456 103 A2 For example, a device for determining the position of at least one medical instrument with a position sensor system introduced for examination with an imaging examination device in the body of a patient is known.

Derartige Positionierungs- bzw. Ortungssysteme sind derzeit mit einem nicht zu vernachlässigenden Rechenaufwand für die eigentliche Positionsbestimmung verbunden, da für den menschlichen Körper beispielsweise, wie in der DE 42 15 901 A1 beschrieben, das Modell eines unendlichen, homogenen leitfähigen Halbraums angenommen wird. Der Suchraum, den ein Rechensystem für die Ortung zur tatsächlichen Bestimmung der Position durchläuft, ist damit unendlich, so dass die Rekonstruktionszeit, bis tatsächlich Bildaufnahmen vorliegen, je nach dem vorhandenen Rechnersystem recht lang sein kann. Deshalb sind zum einen erhebliche Rechenressourcen erforderlich, während zum anderen die Behandlung durch Wartezeiten gegebenenfalls unnötig verzögert wird.Such positioning or location systems are currently associated with a not inconsiderable computational effort for the actual position determination, since for the human body, for example, as in the DE 42 15 901 A1 described, the model of an infinite, homogeneous conductive half-space is assumed. The search space traversed by a computing system for the location for actually determining the position is thus infinite, so that the reconstruction time until actual image captures are available may be quite long, depending on the existing computer system. Therefore, on the one hand, considerable computational resources are required, while on the other hand the treatment by waiting times may be unnecessarily delayed.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine diesbezügliche verbesserte Vorrichtung zur Positionsbestimmung anzugeben.The invention is therefore based on the object to provide a related improved device for determining position.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit den gegenständlichen Merkmalen des Anspruchs 1 und eine bildgebende Untersuchungseinrichtung gemäß dem Anspruch 12 sowie ein dazugehöriges Verfahren gemäß dem Anspruch 14 vorgesehen.To achieve this object, a device with the subject features of claim 1 and an imaging examination device according to claim 12 and an associated method according to claim 14 is provided according to the invention.

Erfindungsgemäß wird also im Unterschied zu bisherigen Positionssensorsystemen nicht ein unendlicher Raum bzw. ein unendlicher Halbraum als Suchraum für die Position des medizinischen Instruments verwendet, sondern es wird in einer Recheneinheit wenigstens eine Information abgelegt, die geeignet ist, die Position des medizinischen Instruments zu beschränken. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass eine Information zum geometrischen Aufbau der bildgebenden Untersuchungseinrichtung abgespeichert wird, in der sich der Patient und somit der Katheter oder Führungsdraht oder ein weiteres medizinisches Instrument befinden muss. Auf diese eine oder mehreren Informationen greift die Recheneinheit, die die Positionsbestimmung durchführt, zu, indem sie diese aus ihrem oder einem zum Zugriff zur Verfügung stehenden Speicher abruft. Um nun die tatsächliche Positionsbestimmung durchzuführen, grenzt die Recheneinheit unter Verwendung der vorliegenden Informationen den Suchraum, der dem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen entspricht, ein, wodurch der Rechenaufwand für die Positionsberechnung deutlich reduziert werden kann.Thus, in contrast to previous position sensor systems, according to the invention, an infinite space or an infinite half space is not used as the search space for the position of the medical instrument, but at least one piece of information is stored in a computing unit which is suitable for restricting the position of the medical instrument. This is possible, for example, in that information about the geometric structure of the imaging examination device is stored in which the patient and thus the catheter or guide wire or another medical instrument must be located. The arithmetic unit performing the position determination accesses this one or more information by retrieving it from its or an available memory for access. In order to carry out the actual position determination, the arithmetic unit limits the search space, which corresponds to the positional space of the possible spatial positions, using the available information, as a result of which the computational outlay for the position calculation can be significantly reduced.

Zweckmäßigerweise werden mehrere derart den Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen begrenzende Informationen in die Berechnung zur Ortung des Instruments einbezogen. Damit ist beispielsweise mit einem elektromagnetischen und/oder einem magnetischen Positionssensorsystem eine zeitnahe Ortung möglich.Expediently, a plurality of information limiting the positional space of the possible spatial positions is included in the calculation for locating the instrument. Thus, for example, with an electromagnetic and / or a magnetic position sensor system a timely detection is possible.

Die bildgebende Untersuchungseinrichtung kann eine Röntgeneinrichtung sein. Es kann sich aber auch um eine Computertomographie- oder Magnetresonanzeinrichtung handeln. Daneben kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Ultraschallanlagen oder bei der Positronen-Emissions-Tomographie ebenso wie beim SPECT-Verfahren (Single Photo Emission Computed Tomography) bzw. ähnlichen Einrichtungen zum Einsatz kommen.The imaging examination device can be an X-ray device. It can also be a computed tomography or Magnetic resonance device act. In addition, the device according to the invention can be used in ultrasound systems or in positron emission tomography as well as in the SPECT method (Single Photo Emission Computed Tomography) or similar devices.

Als einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Informationen können die Länge und/oder Breite und/oder eine minimale und/oder maximale Höhe eines Patiententisches und/oder einer bildgebenden Einheit, insbesondere einer Röntgenquelle, und/oder die Länge und/oder weitere Maße des medizinischen Instruments und/oder Informationen zur räumlichen Anordnung und/oder zu Bewegungsbegrenzungen der Untersuchungseinrichtung in der Recheneinheit abgelegt sein.Limiting examiner-specific information may include the length and / or width and / or a minimum and / or maximum height of a patient table and / or an imaging unit, in particular an X-ray source, and / or the length and / or further dimensions of the medical instrument and / or Information about the spatial arrangement and / or movement limitations of the examination device can be stored in the arithmetic unit.

Beispielsweise ist es zwangsläufig so, dass der Patient während einer Behandlung beispielsweise zur Beseitigung arteriosklerotischer Plaque auf einem Patiententisch bzw. einer Patientenliege liegt, so dass die Information über die Tischabmessung, also die Breite bzw. Länge des Tisches, genutzt werden können, um die Positionsbestimmung auf diese Fläche einzuschränken. Daneben ist die maximale untere Position des Patienten durch die Höhe der Tischplatte vorgegeben, und die maximale obere Position bei Verwendung eines Röntgenkontrollsystems durch die niedrigste noch vom Röntgenstrahler anfahrbare Höhe. Darüber hinaus kann die Länge bzw. die Ausdehnung des eingeführten medizinischen Instruments, wie beispielsweise eines Katheters oder eines Führungsdrahtes, genutzt werden, um den Suchraum für die Berechnung der Position des Instruments zu begrenzen.For example, it is inevitably the case that the patient is lying on a patient table or a patient bed during a treatment, for example for the removal of arteriosclerotic plaque, so that the information about the table size, ie the width or length of the table, can be used to determine the position to restrict to this area. In addition, the maximum lower position of the patient is determined by the height of the table top, and the maximum upper position when using an X-ray monitoring system by the lowest approachable by the X-ray source height. In addition, the length or extent of the inserted medical instrument, such as a catheter or guidewire, may be used to limit the search space for calculating the position of the instrument.

Gegebenenfalls liegen weitere Informationen zur räumlichen Anordnung der Untersuchungseinrichtung vor, beispielsweise zu baulichen Begrenzungen im Bereich über der Liege durch weitere Apparate oder dergleichen. Diese können ebenfalls von der Recheneinheit abgerufen und berücksichtigt werden, um den Ortungsraum zu begrenzen. Ebenso ist es möglich, gegebenenfalls vorhandene Verfahrmöglichkeiten beziehungsweise -beschränkungen der Liege bzw. einer Strahlenquelle zur Aufnahme von Röntgenbildern oder dergleichen zur Beschränkung des Positionsraums der möglichen räumlichen Positionen heranzuziehen. Dadurch können der Rechenaufwand und die benötigte Rekonstruktionszeit für Kontrollaufnahmen mit Positionsdaten reduziert werden.If necessary, there are further information on the spatial arrangement of the examination device, for example, to structural limitations in the area above the couch by other apparatus or the like. These can also be retrieved and taken into account by the arithmetic unit in order to limit the location space. Likewise, it is possible to use possibly existing movement possibilities or restrictions of the couch or of a radiation source for recording X-ray images or the like for limiting the positional space of the possible spatial positions. As a result, the computational effort and the required reconstruction time for control recordings with position data can be reduced.

Die Recheneinheit kann Teil eines Kollisionsrechnersystems sein und/oder zum Zugriff auf ein Kollisionsrechnersystem ausgebildet sein und/oder zur Verarbeitung der in einem solchen System abgelegten Daten zur Bestimmung einschränkender untersuchungseinrichtungsspezifischer Informationen ausgebildet sein. In einem Kollisionsrechnersystem sind Gerätebewegungsgrenzen festgelegt, beispielsweise hinsichtlich der Bewegung der Bildaufnahmeeinheit derart, dass der sich auf der Patientenliege befindliche Patient nicht an die Bildaufnahmegeräte anstößt bzw. von diesen beengt wird oder dergleichen. In einem Kollisionsrechnersystem sind somit fundamentale Grenzen für die bei modernen Systemen zahlreichen Bewegungsmöglichkeiten beispielsweise zur Durchführung angiographischer Aufnahmen abgelegt. Die Recheneinheit, die den Positionsraum für die Positionsbestimmung festlegt, kann also Teil eines solchen Kollisionsrechnersystems sein bzw. zweckmäßigerweise zumindest auf ein solches Kollisionsrechnersystem zugreifen, um die dort bereits vorhandenen Daten, die den Positionsraum beschränken, abzurufen. Gegebenenfalls kann die Recheneinheit physikalisch vom Kollisionsrechnersystem getrennt sein, ist in einem solchen Fall vorteilhafterweise aber zumindest in der Lage, die in einem solchen System vorhandenen Daten zu verarbeiten, um daraus einschränkende und untersuchungseinrichtungsspezifische Informationen zu bestimmen. Diese Informationen werden dann in der Recheneinheit abgelegt oder zumindest kurzfristig vorgehalten, um eine Begrenzung des Positionsraums für die Positionsbestimmung des in den Körper des menschlichen oder tierischen Patienten eingeführten medizinischen Instruments durchzuführen. Durch diese Maßnahmen wird der Suchraum, in dem das medizinische Instrument im Rahmen der Positionsbestimmung gesucht wird, deutlich verkleinert.The arithmetic unit may be part of a collision computer system and / or be designed to access a collision computer system and / or be designed to process the data stored in such a system for the purpose of determining restrictive information specific to the investigator. In a collision computer system device movement limits are defined, for example with regard to the movement of the image acquisition unit such that the patient located on the patient bed does not abut the image recording devices or is crowded by them or the like. In a collision computer system, therefore, fundamental limits are laid down for the motion possibilities that are numerous in modern systems, for example for performing angiographic recordings. The arithmetic unit, which defines the position space for the position determination, can thus be part of such a collision computer system or expediently access at least such a collision computer system in order to retrieve the data already existing there which restrict the position space. Optionally, the arithmetic unit may be physically separate from the collision computer system, but in such a case is advantageously at least able to process the data present in such a system to determine constraining and investigator-specific information. This information is then stored in the arithmetic unit or kept at least in the short term in order to carry out a limitation of the positional space for determining the position of the medical instrument introduced into the body of the human or animal patient. These measures significantly reduce the search space in which the medical instrument is sought as part of the position determination.

Darüber hinaus kann die Recheneinheit zur Erkennung möglicher magnetischer Feldänderungen im Bereich der Untersuchungseinrichtung und/oder zur Positionsbestimmung in Abhängigkeit der möglichen magnetischen Feldänderungen ausgebildet sein.In addition, the arithmetic unit can be designed to detect possible magnetic field changes in the area of the examination device and / or for determining the position as a function of the possible magnetic field changes.

Wird bei einer Behandlung lediglich eine Röntgenkontrolle durchgeführt, so ist es nur möglich, eine Engstelle bzw. den Gefäßdurchmesser als zweidimensionale Silhouette darzustellen. Ebenso werden in angiographischen Röntgenbildern der Führungsdraht bzw. ein Katheter oder andere medizinische Instrumente als zweidimensionale Überlagerungsbilder dargestellt. Das medizinische Instrument und das Gewebe werden zudem unterschiedlich gut im Röntgenbild gezeigt. Wünschenswert ist jedoch eine gute räumliche Darstellung aller Objekte, die die optimierte Feststellung der räumlichen Zuordnung im Patienten ermöglicht und bei der zudem eine geringere Röntgendosis ausreichend ist. Sofern eine räumliche Ortung bei medizinischen Kathetern beispielsweise in Kombination mit Sensoren zur Aussendung von intravaskulärem Ultraschall vorgesehen ist, besteht der Nachteil, dass die in der Regel verwendeten Systeme mit einem elektromagnetischen Ortungsprinzip empfindlich auf magnetische Feldänderungen in der Umgebung reagieren und diese die Genauigkeit der Positionsbestimmung negativ beeinflussen können. Eine negative Beeinflussung der zur Ortung verwendeten magnetischen Felder kann darüber hinaus durch weitere medizinische Instrumente und Geräte wie Instrumentenwagen oder dergleichen verursacht werden. Die Sendeeinheiten des magnetischen Ortungssystems beeinträchtigen gegebenenfalls zudem die Bildverarbeitungskette.If only X-ray inspection is performed during a treatment, it is only possible to represent a constriction or the vessel diameter as a two-dimensional silhouette. Likewise, in angiographic X-ray images, the guidewire or a catheter or other medical instrument is displayed as two-dimensional overlay images. The medical instrument and the tissue are also shown differently well in the X-ray image. However, it is desirable to have a good spatial representation of all objects, which enables the optimized determination of the spatial assignment in the patient and in which, moreover, a lower X-ray dose is sufficient. If a spatial location is provided in medical catheters, for example in combination with sensors for emitting intravascular ultrasound, there is the disadvantage that the systems used in the rule with an electromagnetic detection principle sensitive to magnetic Field changes in the environment react and these can adversely affect the accuracy of positioning. In addition, a negative influence on the magnetic fields used for locating can be caused by other medical instruments and devices such as instrument car or the like. If necessary, the transmitting units of the magnetic locating system also affect the image processing chain.

Um diesen Problemen zu begegnen, wird erfindungsgemäß durch zusätzliche Maßnahmen ermöglicht, dass die Recheneinheit mögliche magnetische Feldänderungen, insbesondere alle magnetischen Feldänderungen, im Umfeld der Untersuchungseinrichtung erkennt und diese Feldänderungen beispielsweise einer Korrekturrecheneinheit zuführt, die diese bei der Bildrekonstruktion aus den Positionssensoren berücksichtigt. Damit lässt sich die Ortungsgenauigkeit erhöhen. Die Korrekturrecheneinheit kann gegebenenfalls ein Teil der Recheneinheit zur Positionsbestimmung sein, so dass sowohl die Positionsraumbegrenzung als auch die Korrekturen im Hinblick auf magnetische Feldänderungen direkt in die durchzuführende Positionsbestimmung einbezogen werden. Damit erfolgt die Positionsbestimmung zum einen bei begrenztem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen des medizinischen Untersuchungsinstruments, zum anderen in Abhängigkeit der möglichen magnetischen Feldänderungen.In order to counteract these problems, it is possible according to the invention by additional measures that the arithmetic unit recognizes possible magnetic field changes, in particular all magnetic field changes, in the environment of the examination device and feeds these field changes, for example, to a correction computing unit, which takes these into account in the image reconstruction from the position sensors. This can increase the tracking accuracy. If necessary, the correction computing unit can be a part of the arithmetic unit for position determination, so that both the position space limitation and the corrections with respect to magnetic field changes are included directly in the position determination to be carried out. Thus, the position determination takes place on the one hand with a limited positional space of the possible spatial positions of the medical examination instrument, on the other hand as a function of the possible magnetic field changes.

Die Recheneinheit für die Erkennung der Feldänderungen und/oder die Positionsbestimmung in Abhängigkeit der Feldänderungen kann zur Einstellung wenigstens eines Zeitintervalls und/oder einer Zeittaktung für ein Triggersignal und/oder den Betrieb einer bildgebenden Einheit und/oder das Auslesen eines Detektorsystems und/oder das Aktivieren des Positionssensorsystems und/oder die Aktualisierung einer Bildschirmdarstellung aufgenommener Bilddaten ausgebildet sein.The arithmetic unit for the detection of the field changes and / or the position determination as a function of the field changes can be used to set at least one time interval and / or a timing for a trigger signal and / or the operation of an imaging unit and / or the readout of a detector system and / or the activation the position sensor system and / or the updating of a screen image recorded image data to be formed.

Es können also beispielsweise bei einer Röntgeneinrichtung die Zeitintervalle für eine mögliche Verzögerung bzw. einen möglichen Vorlauf in den Zeittakten der Strahlungsauslösung, des Auslesens des Röntgendetektors, bei dem es sich beispielsweise um einen Siliziumdetektor, einen CCD-Detektor (Charge-Coupled-Device-Detektor) oder eine Fernsehröhre handeln kann, oder das Aktivieren des z. B. elektromagnetischen Ortungssystems einstellbar gemacht werden. Dadurch kann das elektromagnetisch oder in anderer Form ausgebildete Positionssensorsystem individuell auf ein Röntgensystem eines bestimmten Herstellers angepasst werden. Beispielsweise kann die Positionsbestimmung des medizinischen Instruments in Abhängigkeit einer Aktualisierung einer Bildschirmdarstellung der aufgenommenen Bilddaten erfolgen, um so Artefakte durch magnetische Signale des Ortungssystems, die auf dem Bildschirm erscheinen könnten, zu unterdrücken. Die Einstellung der Zeitintervalle bzw. Zeittaktungen kann dabei unter Zugriff auf ein System von Regeln oder Daten erfolgen, das in einer Speichereinrichtung der Recheneinheit zur Positionsbestimmung bzw. zur Erkennung möglicher magnetischer Feldänderungen abgelegt ist. Hierbei kann es sich um ein Datenbanksystem oder dergleichen handeln.Thus, for example, in the case of an X-ray device, the time intervals for a possible deceleration or a possible flow in the timing pulses of the radiation triggering, the readout of the X-ray detector, which is, for example, a silicon detector, a CCD detector (Charge-Coupled-Device-Detector ) or a television tube can act, or activating the z. B. electromagnetic locating system can be made adjustable. As a result, the position sensor system formed electromagnetically or in another form can be adapted individually to an x-ray system of a specific manufacturer. For example, the position determination of the medical instrument can be carried out in response to an updating of a screen display of the recorded image data so as to suppress artifacts by magnetic signals of the positioning system that might appear on the screen. The setting of the time intervals or time clocks can take place under access to a system of rules or data that is stored in a memory device of the arithmetic unit for determining the position or for detecting possible magnetic field changes. This can be a database system or the like.

Des Weiteren kann die Recheneinheit bei Einstellung mehrerer Zeitintervalle und/oder Zeittaktungen zur wenigstens teilweise synchronisierten Einstellung der Zeitintervalle und/oder Zeittaktungen ausgebildet sein, insbesondere zur synchronisierten Einstellung unter Berücksichtigung wenigstens einer Verzögerung und/oder eines Vorlaufs. So ist beispielsweise eine Synchronisierung dahingehend zweckmäßig, dass ein Display wie ein TFT oder dergleichen nicht während der Zeit aktualisiert wird, in der eine magnetische Ortung aktiv ist, bzw. dass die magnetische Ortung nicht während der Aktualisierungszeit aktiviert oder abgeschaltet wird. Zudem ist es zweckmäßig, wenn das Auslesen eines CCD-Detektors oder eines TV-Detektors gegebenenfalls mit einer gewissen Verzögerung nach dem Ausschalten der Röntgenstrahlung und zudem zu Zeiten erfolgt, in denen die magnetische Ortung nicht aktiv ist. Die möglichen magnetischen Feldänderungen werden damit bei der Bildrekonstruktion berücksichtigt, wobei die Zeitintervalle und Zeittaktungen so synchronisiert werden, dass Überschneidungen störender Signale ausgeschlossen werden. Hierzu kann beispielsweise das Auslesen eines Detektors nach dem Ausschalten der Röntgenstrahlung bzw. nach dem Ausschalten der Röntgenstrahlung mit einer gewissen Verzögerung erfolgen, während die magnetische Ortung im Vorfeld des Einschaltens der Röntgenstrahlung aktiv ist, so dass es nicht zu Störungen der einzelnen Vorgänge kommt. Gegebenfalls kann die magnetische Ortung auch während eines Röntgenimpulses aktiv sein, sofern durch eine entsprechende Verzögerung des Auslesens des Detektors gewährleistet ist, dass es hierbei nicht zu Störungen durch die magnetische Ortung kommt.Furthermore, if a plurality of time intervals and / or time clocks are set, the arithmetic unit may be designed for the at least partially synchronized setting of the time intervals and / or time clocks, in particular for the synchronized setting taking into account at least one delay and / or one pre-run. For example, synchronization is appropriate in that a display such as a TFT or the like is not updated during the time when magnetic location is active, or magnetic location is not enabled or disabled during the update time. In addition, it is expedient if the readout of a CCD detector or of a TV detector takes place optionally with a certain delay after switching off the X-radiation and also at times when the magnetic detection is not active. The possible magnetic field changes are thus taken into account in the image reconstruction, wherein the time intervals and time clocks are synchronized in such a way that overlaps of interfering signals are excluded. For this purpose, for example, the readout of a detector after switching off the X-ray radiation or after switching off the X-radiation with a certain delay, while the magnetic location in the run-up to switching on the X-radiation is active, so that it does not interfere with the individual processes. Optionally, the magnetic location can also be active during an X-ray pulse, provided that it is ensured by a corresponding delay of the readout of the detector that it does not interfere with the magnetic location.

Die bildgebende Einheit, insbesondere eine Röntgenquelle, kann kontinuierlich und/oder gepulst betreibbar sein. So kann die Röntgenstrahlung in Abständen von einigen 10 Millisekunden ein- bzw. wieder ausgeschaltet werden. Alternativ kann die Röntgenstrahlung nach einem Triggersignal für die elektronische Datenverarbeitung für einen längeren Zeitraum eingeschaltet bleiben, wobei innerhalb dieses Zeitraums in gewissen Intervallen ein Auslesen des Detektors erfolgt bzw. eine magnetische oder elektromagnetische Ortung mehrfach aktiviert wird, wobei die Ortung und das Auslesen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen.The imaging unit, in particular an X-ray source, can be operated continuously and / or pulsed. This allows the X-ray radiation to be switched on and off at intervals of a few tens of milliseconds. Alternatively, after a trigger signal for the electronic data processing, the X-radiation may remain switched on for a longer period of time, during which time the detector is read out at certain intervals or a magnetic or electromagnetic location is activated several times, the location and the reading being at different times respectively.

Bei Verwendung gepulster Röntgenstrahlung sind beliebige Frequenzen wählbar, beispielsweise in einem Bereich von 0,5–200 Pulsen je Sekunde. Bei gepulster Röntgenstrahlung bis zu 15 Pulsen je Sekunde wird beispielsweise eine Dosiseinsparung erreicht, während bei höheren Frequenzen eine bessere Bewegungsschärfe erzielt wird. When using pulsed X-rays, any frequencies can be selected, for example in a range of 0.5-200 pulses per second. With pulsed X-radiation up to 15 pulses per second, for example, a dose saving is achieved, while at higher frequencies better motion sharpness is achieved.

Daneben ist es möglich, dass das Ortungssystem bzw. Positionssensorsystem im Bereich zwischen den Auslesezyklen eines Röntgendetektors mehrfach aktiviert wird, also beispielsweise direkt nach einem Auslesen und mit einer gewissen Verzögerung nochmals vor dem nächsten Auslesen des Detektors.In addition, it is possible that the positioning system or position sensor system is activated several times in the area between the readout cycles of an X-ray detector, that is, for example, directly after a readout and with a certain delay again before the next readout of the detector.

Die Recheneinheit kann zum Zugriff auf und/oder zur Berücksichtigung von, insbesondere in einer Steuerungseinrichtung, abgespeicherten magnetischen Feldverläufen der Untersuchungseinrichtung und/oder zum Zugriff auf und/oder zur Berücksichtigung von, insbesondere in einer Kalibrationseinheit, abgespeicherten Feldzuständen bei unterschiedlichen Betriebsarten der Untersuchungseinrichtung ausgebildet sein.The arithmetic unit can be designed to access and / or to take account of magnetic field characteristics of the examination device stored in a control device and / or to access and / or to take account of field states stored in a calibration unit in different modes of operation of the examination device ,

So werden zweckmäßigerweise nach der Installation einer Untersuchungseinrichtung bzw. -anlage mit entsprechenden Messmitteln die magnetischen Feldänderungen aufgezeichnet, die durch Navigationsmagnete eines Navigationssystems bedingt sind, damit sie die Messergebnisse des Ortungssystems aus Sendern und Empfängern nicht verfälschen. Diese Daten werden in einer Systemsteuerung abgespeichert und als gespeicherte Feldlinienverläufe bei der Rekonstruktion von magnetischen Ortungsvektoren herangezogen, um so Messfehler zu verhindern.Thus, the magnetic field changes that are caused by navigation magnets of a navigation system, so that they do not distort the measurement results of the positioning system of transmitters and receivers are expediently recorded after installation of an examination device or system with corresponding measuring means. These data are stored in a system control and used as stored field lines in the reconstruction of magnetic locating vectors in order to prevent measurement errors.

Eine Kalibrationseinheit ermöglicht es, statische und dynamische magnetische Feldzustände in verschiedenen Funktionsstufen, z. B. bei Bewegungen eines C-Bogen-Systems, zu speichern und bei der Signalauswertung und Korrekturrechnung für die Bildaufbereitung zu berücksichtigen. Hierzu wird ebenfalls während der Montage bzw. Inbetriebnahme der Untersuchungseinrichtung an einem bekannten Messkörper eine Ortungsuntersuchung durchgeführt, wobei alle auftretenden Positionen des Röntgensystems durchfahren und die zugehörigen magnetischen Feldverzerrungen aufgezeichnet werden. Die Kalibrationseinheit tauscht dabei zweckmäßigerweise mit dem Kollisionsrechner Daten aus bzw. ist mit der erfindungsgemäßen Recheneinheit verbunden oder stellt einen Teil dieser Recheneinheit dar, so dass die Daten der Kalibrationseinheit bei der Positionsbestimmung und der Erkennung magnetischer Feldveränderungen berücksichtigt werden können.A calibration unit allows static and dynamic magnetic field states in different functional levels, eg. As in movements of a C-arm system, store and considered in the signal analysis and correction calculation for image processing. For this purpose, a locating examination is likewise carried out during the assembly or commissioning of the examination device on a known measuring body, wherein all occurring positions of the X-ray system are traversed and the associated magnetic field distortions are recorded. The calibration unit expediently exchanges data with the collision computer or is connected to the arithmetic unit according to the invention or forms part of this arithmetic unit, so that the data of the calibration unit can be taken into account in the position determination and the detection of magnetic field changes.

Die Signalleitungen des Positionssensorsystems können wenigstens teilweise mit Abschirmungen gegen magnetische Felder bzw. gegen Störfelder ausgebildet sein, insbesondere mit einer Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln. So wird unter Verwendung der Nanotechnologie oder durch eine andere Abschirmtechnik eine magnetische Abschirmung erreicht, um die Einflüsse magnetischer Störungen zu begrenzen.The signal lines of the position sensor system may be at least partially formed with shields against magnetic fields or against interference fields, in particular with a thin-film layer of conductive nanoparticles. Thus, using nanotechnology or another shielding technique, magnetic shielding is achieved to limit the effects of magnetic disturbances.

Daneben betrifft die Erfindung eine bildgebende Untersuchungseinrichtung, die mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung wenigstens eines medizinischen Instruments mit einem Positionssensorsystem, insbesondere einem magnetischen bzw. elektromagnetischen Positionssensorsystem, wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. So wird bei der bildgebenden Untersuchungseinrichtung, die beispielsweise auf einem C-Bogen-System zur Erstellung von Röntgenaufnahmen basiert, eine schnelle und genaue Positionsbestimmung von medizinischen Instrumenten durch Begrenzung des Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen ebenso wie die Berücksichtigung und Kompensation magnetischer Störfelder möglich. Insbesondere können Störfelder berücksichtigt werden, die durch Bewegungen der medizinischen Untersuchungseinrichtung wie beispielsweise eine Tischbewegung, eine Bewegung des C-Bogens oder Bewegungen weiterer medizinischer Instrumente und Geräte in der Nähe der Untersuchungseinrichtung bzw. innerhalb der Untersuchungseinrichtung verursacht werden. Dadurch wird letztlich eine schnellere und genauere Positionsbestimmung möglich.In addition, the invention relates to an imaging examination device, which is designed with a device for determining the position of at least one medical instrument with a position sensor system, in particular a magnetic or electromagnetic position sensor system, as described above. Thus, in the imaging examination device, which is based for example on a C-arm system for the production of X-ray images, a quick and accurate positioning of medical instruments by limiting the position space of the possible spatial positions as well as the consideration and compensation of magnetic interference possible. In particular, interference fields that are caused by movements of the medical examination device such as, for example, a table movement, a movement of the C-arm or movements of further medical instruments and devices in the vicinity of the examination device or within the examination device can be taken into account. As a result, a faster and more accurate position determination is ultimately possible.

Zudem können die Signalleitungen und/oder Funktionseinheiten der Untersuchungseinrichtung, insbesondere ein Detektorsystem, wenigstens teilweise mit Abschirmungen gegen magnetische Felder ausgebildet sein, insbesondere mit einer Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln. Dadurch werden die physiologischen Signale bzw. die Bildsignale und die Signalverarbeitung und -aufbereitung gegen die magnetischen Felder der Sendeantennen des Positionssensorsystems und mögliche weitere magnetische Störfelder abgeschirmt.In addition, the signal lines and / or functional units of the examination device, in particular a detector system, can be formed at least partially with shielding against magnetic fields, in particular with a thin-film layer of conductive nanoparticles. As a result, the physiological signals or the image signals and the signal processing and processing are shielded against the magnetic fields of the transmission antennas of the position sensor system and possible other magnetic interference fields.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung, insbesondere einer Röntgeneinrichtung, in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments. Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung mit einem magnetischen Positionssensorsystem durchgeführt, die eine Recheneinheit aufweist, in der wenigstens eine die möglichen räumlichen Positionen des medizinischen Instruments während der Untersuchung einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Information abgelegt ist, wobei die Recheneinheit in Abhängigkeit der einschränkenden untersuchungseinrichtungsspezifischen Information zur Positionsbestimmung bei begrenztem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen ausgebildet ist. So wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Suchraum für die Position des Katheters oder anderen medizinischen Instruments, das über entsprechende Positionssensorvorrichtungen wie Sender oder Empfänger beispielsweise im Bereich seiner Spitze verfügt, deutlich begrenzt. Es wird nicht mehr ein unendlicher Raum durchsucht, sondern es werden geometrische und andere Vorgaben der Untersuchungseinrichtung wie beispielsweise hinsichtlich der Lage des Patiententisches im Raum und seiner Abmessungen von vornherein als begrenzende Faktoren in die Positionsrechnung einbezogen. Die Vorrichtung kann dabei beliebig in einer wie im vorstehenden beschriebenen Art ausgebildet sein. So ist insbesondere eine Erkennung aller magnetischen Feldänderungen im Umfeld einer Untersuchungsvorrichtung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, wobei diese magnetische Feldänderungen einer Korrekturrecheneinheit zugeführt werden können, um diese bei der Bildrekonstruktion zu berücksichtigen und damit die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen.Moreover, the invention relates to a method for determining the position of at least one medical instrument introduced into the body of a patient for examination with an imaging examination device, in particular an X-ray device. The method is carried out with a position determining device having a magnetic position sensor system, which has a computing unit in which at least one examination device-specific information limiting the possible spatial positions of the medical instrument during the examination is stored, wherein the Computing unit is formed depending on the restrictive examiner-specific information for determining position in a limited position space of the possible spatial positions. Thus, in the method according to the invention, the search space for the position of the catheter or other medical instrument, which has corresponding position sensor devices such as transmitters or receivers, for example in the region of its tip, is clearly limited. It is no longer searched an infinite space, but geometric and other requirements of the examination device such as the position of the patient table in space and its dimensions are included from the outset as limiting factors in the position calculation. The device can be designed as desired in a manner as described above. In particular, it is possible to detect all magnetic field changes in the environment of an examination device within the framework of the method according to the invention, wherein these magnetic field changes can be fed to a correction computing unit in order to take these into account during the image reconstruction and thus to increase the positioning accuracy.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the following embodiments and from the drawings. Showing:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung, 1 a device according to the invention for position determination,

2 ein medizinisches Instrument zur Ortung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 a medical instrument for locating with a device according to the invention,

3 eine erfindungsgemäße bildgebende Untersuchungseinrichtung, 3 an imaging examination device according to the invention,

4 eine synchronisierte Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen bei einem Röntgensystem, 4 a synchronized setting of time intervals or time intervals in an X-ray system,

5 eine synchronisierte Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen mit verzögerter Detektorauslesung, 5 a synchronized setting of time intervals or time latches with delayed detector readout,

6 eine synchronisierte Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen mit verzögerter Detektorauslesung und mit einem Vorlauf für die Ortung, 6 a synchronized setting of time intervals or time latches with delayed detector readout and with an advance for the location,

7 ein Beispiel für einen kontinuierlichen Betrieb einer Röntgenquelle, 7 an example of a continuous operation of an X-ray source,

8 ein Beispiel zur mehrfachen Aktivierung des Positionssensorsystems und 8th an example of the multiple activation of the position sensor system and

9 ein Beispiel zur Aktualisierung einer Displaydarstellung. 9 an example for updating a display.

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung im Zusammenhang mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung 2 dargestellt. Die Recheneinheit 3 der Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung verfügt über einen Speicher mit die räumliche Position eines hier nicht dargestellten medizinischen Instruments einschränkenden untersuchungseinrichtungsspezifischen Informationen für die Positionsbestimmung bei einer Untersuchung mit der Untersuchungseinrichtung 2. Durch den Doppelpfeil 4, der auf die bildgebende Untersuchungseinrichtung 2 verweist, wird dieser Zusammenhang angedeutet.In the 1 is a device according to the invention 1 for determining position in connection with an imaging examination device 2 shown. The arithmetic unit 3 the device 1 for determining the position has a memory with the spatial position of a medical instrument, not shown here restricting device-specific information for the position determination in an examination with the examination device 2 , By the double arrow 4 pointing to the imaging examination device 2 refers, this relationship is suggested.

In der Recheneinheit 3 liegen unter anderem Kollisionsrechnerinformationen hinsichtlich der Dimensionen der Patientenliege 5 und den Bewegungsmöglichkeiten der Strahlenquelle 6 bzw. des Strahlungsempfängers (Detektors) 6a und ihrer Größenverhältnisse vor. Zudem ist in der Recheneinheit 3 eine maximale Länge 7 eines medizinischen Instruments abgelegt, dessen Position zu bestimmen ist. So ergibt sich durch die Vorgabe der maximalen Länge 7 des medizinischen Instruments unter Berücksichtigung der Maße der Patientenliege 5 und der Ausdehnung bzw. der Bewegungsmöglichkeiten der Strahlenquelle 6 ein eingeschränkter Ortungsraum. Der dargestellte größere Bereich 8 folgt aus der Berücksichtigung der Maße der Patientenliege 5 sowie der Strahlenquelle 6. Dieser größere Bereich 8 wird durch die maximale Länge 7 des medizinischen Instruments weiter beschränkt, so dass sich insgesamt der kleinere Bereich 9 ergibt. So werden erfindungsgemäß die Informationen hinsichtlich der Breite und Länge der Patientenliege 5 sowie der maximalen unteren Position des hier nicht dargestellten Patienten durch die Höhe der Patientenliege 5 berücksichtigt, die Information hinsichtlich der maximalen oberen Position durch die niedrigste, von der Strahlenquelle 6 anzufahrende Position. Diese Daten sind in der Recheneinheit 3 abgelegt. Die Recheneinheit 3 führt dann eine Positionsbestimmung durch, die auf einem beschränkten Ortungsraum basiert, wodurch der Rechenaufwand und damit die für die Positionsbestimmung erforderliche Zeit deutlich reduziert werden können.In the arithmetic unit 3 Among other things, collision computer information is available with regard to the dimensions of the patient couch 5 and the possibilities of movement of the radiation source 6 or of the radiation receiver (detector) 6a and their proportions. In addition, in the arithmetic unit 3 a maximum length 7 a medical instrument whose position is to be determined. This results from the specification of the maximum length 7 of the medical instrument taking into account the dimensions of the patient bed 5 and the extent or the possibilities of movement of the radiation source 6 a limited location space. The larger area shown 8th follows from the consideration of the dimensions of the patient bed 5 and the radiation source 6 , This larger area 8th is determined by the maximum length 7 of the medical instrument further limited, so that overall the smaller area 9 results. Thus, according to the invention, the information regarding the width and length of the patient bed 5 and the maximum lower position of the patient, not shown here by the height of the patient bed 5 takes into account the information regarding the maximum upper position by the lowest, from the radiation source 6 to be approached position. These data are in the arithmetic unit 3 stored. The arithmetic unit 3 then performs a position determination based on a limited location space, whereby the computational effort and thus the time required for the position determination can be significantly reduced.

In der 2 ist ein medizinisches Instrument 10 zur Ortung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das medizinische Instrument 10 weist in einem Teilbereich eine Nanobeschichtung 11 auf, die das Einführen des medizinischen Instruments 10 in den Körper des Patienten erleichtert und zudem als Abschirmung gegen magnetische Störfelder wirkt. Das medizinische Instrument 10 verfügt des Weiteren über Antennen 12 in x-, y- und z-Richtung im Bereich seiner Spitze, die zu einem elektromagnetischen Positionssensorsystem gehören und die Ortung des medizinischen Instruments 10 im Körper des Patienten ermöglichen. Über verschiedene Signalleitungen 13 in einem Lumen 14 und weitere Signalleitungen 15 außerhalb des Lumens 14 werden das System der Antennen 12 sowie weitere funktionelle Einrichtungen des medizinischen Instruments 10 wie ein nicht dargestellter Bildgebungssensor angesteuert. Die aufgenommenen bzw. empfangenen Signale werden zur weiteren Verarbeitung an eine Recheneinheit weitergeleitet.In the 2 is a medical instrument 10 shown for locating with a device according to the invention. The medical instrument 10 has a nanocoating in one subarea 11 on, introducing the medical instrument 10 facilitated in the body of the patient and also acts as a shield against magnetic interference. The medical instrument 10 also has antennas 12 in the x-, y- and z-direction in the area of its tip leading to a include electromagnetic position sensor system and the location of the medical instrument 10 in the body of the patient. Via different signal lines 13 in a lumen 14 and other signal lines 15 outside the lumen 14 become the system of antennas 12 as well as other functional devices of the medical instrument 10 as an unillustrated imaging sensor driven. The recorded or received signals are forwarded to a computing unit for further processing.

In der 3 ist eine erfindungsgemäße bildgebende Untersuchungseinrichtung 16 dargestellt, bei der eine Strahlenquelle 17 vorgesehen ist, deren Strahlung in einem Hochspannungsgenerator 18 erzeugt wird. Die Strahlung wird in Richtung eines hier nicht dargestellten Patienten auf dem Patiententisch 19 ausgesandt, und die entstehenden Signale werden von einem Röntgendetektor 20 aufgezeichnet. Über eine Systemsteuerung 21 im Zusammenhang mit einer Synchronisationseinheit 22 wird eine Synchronisation der Zeitintervalle bzw. Zeittaktungen für die Strahlungsaussendung bzw. das Auslesen des Detektors und die Aktivierung der magnetischen Sender 23 des Positionssensorsystems erreicht. Diese Anordnung ist die bevorzugte Anordnung. Alternativ ist es möglich, die Sender im medizinischen Instrument 10 anzuordnen. Dann wären die Empfänger an der Stelle des Bezugszeichens 23 angeordnet. Alle Signalleitungen 24 der Untersuchungseinrichtung 16, von denen lediglich zwei beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind, sind mit Nanobeschichtungen versehen, die abschirmend gegen magnetische Störfelder wirken.In the 3 is an imaging examination device according to the invention 16 shown in which a radiation source 17 is provided, the radiation in a high voltage generator 18 is produced. The radiation is directed towards a patient not shown here on the patient table 19 emitted, and the resulting signals are from an X-ray detector 20 recorded. Via a system control 21 in connection with a synchronization unit 22 is a synchronization of the time intervals or timing for the radiation emission and the readout of the detector and the activation of the magnetic transmitter 23 reaches the position sensor system. This arrangement is the preferred arrangement. Alternatively, it is possible to use the transmitters in the medical instrument 10 to arrange. Then the recipients would be in the place of the reference 23 arranged. All signal lines 24 the examination device 16 of which only two are exemplarily provided with reference numerals, are provided with nano coatings which shield against magnetic interference.

Die Röntgenbilder werden in einer Pre-Processing-Einheit 25 vorverarbeitet. Ebenso werden die Antennensignale vom Anschluss 26 für die magnetischen Sensoren über eine zugehörige Signalschnittstelle 27 in einer Pre-Processing-Einheit 28 für die Antennensignale vorverarbeitet. Des Weiteren ist ein Anschluss 29 für physiologische Sensoren vorgesehen, deren Signale einer physiologischen Signalverarbeitung 30 zur Verarbeitung zugeführt werden. Diese verarbeitet EKG-Signale, Puls- und Atmungssignale sowie Blutdruckdaten. Ebenso wie der Bilddatenspeicher 31 ist die physiologische Signalverarbeitung 30 mit einem Datenbus 32 verbunden, über den die Daten einer Bildverarbeitungseinheit 33 für medizinische Bilder sowie einer Bildverarbeitungseinheit 34 für die Antennensignale zugeführt werden. Des Weiteren sind an den Datenbus 32 eine Kalibrationseinheit 35 sowie eine Bildkorrektureinheit 36 angeschlossen.The x-rays are taken in a pre-processing unit 25 preprocessed. Likewise, the antenna signals from the terminal 26 for the magnetic sensors via an associated signal interface 27 in a pre-processing unit 28 preprocessed for the antenna signals. Furthermore, there is a connection 29 provided for physiological sensors, the signals of a physiological signal processing 30 be fed for processing. It processes ECG signals, pulse and respiratory signals as well as blood pressure data. Just like the image data memory 31 is the physiological signal processing 30 with a data bus 32 connected via which the data of an image processing unit 33 for medical images and an image processing unit 34 be supplied for the antenna signals. Furthermore, to the data bus 32 a calibration unit 35 and an image correction unit 36 connected.

So wird bei der erfindungsgemäßen bildgebenden Untersuchungseinrichtung 16 durch die Systemsteuerung 21 mit dem Kollisionsrechner der Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen eines hier nicht dargestellten medizinischen Instruments begrenzt, während gleichzeitig durch die Bildkorrektureinheit 36 alle magnetischen Feldänderungen berücksichtigt werden können, so dass eine Positionierung der mit Positionssensoren versehenen medizinischen Instrumente mit einem geringeren Aufwand und einer höheren Genauigkeit als bisher üblich möglich wird.Thus, in the image-forming examination device according to the invention 16 through the system control 21 limited by the collision computer, the position space of the possible spatial positions of a medical instrument, not shown here, while at the same time by the image correction unit 36 All magnetic field changes can be taken into account, so that a positioning of the provided with position sensors medical instruments with less effort and a higher accuracy than previously possible.

Über den Datenbus 32 besteht zudem eine Verbindung zu einer Schnittstelle 37 für Patienten- und Bilddaten. Darüber hinaus ist eine Spannungsversorgungseinheit 38 dargestellt, die zur Spannungsversorgung der bildgebenden Untersuchungseinrichtung 16 dient. An der Display-Einheit 39 mit der Ein- und Ausgabeeinheit 40 werden die magnetischen Ortungsbilder und die aufgenommenen medizinischen Bilder dargestellt. Die Aktualisierung der an der Display-Einheit 39 dargestellten Bilder ist mittels der Bildkorrektureinheit 36 und der Systemsteuerung 21 mit dem Aussenden der Strahlung durch die Strahlenquelle 17, der Aktivierung der magnetischen Sender 23 sowie dem Auslesen des Röntgendetektors 20 synchronisiert.Via the data bus 32 There is also a connection to an interface 37 for patient and image data. In addition, there is a power supply unit 38 shown to the power supply of the imaging examination device 16 serves. On the display unit 39 with the input and output unit 40 The magnetic location images and the recorded medical images are displayed. The update of the display unit 39 displayed images is by means of the image correction unit 36 and the Control Panel 21 with the emission of the radiation by the radiation source 17 , the activation of the magnetic transmitter 23 as well as the readout of the X-ray detector 20 synchronized.

Die 4 zeigt ein Beispiel zur Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen bei einem Röntgensystem. Hierbei wird in Abständen von 33 ms ein kurzer Hochspannungspuls als Hochspannungstrigger für die elektronische Datenverarbeitung erzeugt. Nach Beendigung des Triggerpulses wird zum einen Röntgenstrahlung ausgesandt, zum anderen zeitgleich eine magnetische Ortung aktiviert. Die Röntgenstrahlung und die magnetische Ortung werden dann für einen gewissen Pulszeitraum ausgesandt bzw. betrieben, der in beiden Fällen gleichlang ist. Erst nach der Beendigung des Röntgenpulses wird der Detektor ausgelesen, wodurch Störungen vermieden werden. Eine derartige Aktivierung des magnetischen Ortungssystems bzw. eine derartige Synchronisation können beispielsweise bei Detektoren auf Basis von amorphem Silizium verwendet werden, bei CCD-Detektoren oder Fernsehröhren. Bei amorphem Silizium ist die Beeinflussung durch magnetische Felder geringer. Die magnetische Ortung ist exakt während des Röntgenimpulses aktiv, und direkt im Anschluss wird der Detektor ausgelesen.The 4 shows an example for setting time intervals or time clocks in an X-ray system. In this case, a short high voltage pulse is generated at intervals of 33 ms as a high voltage trigger for electronic data processing. Upon completion of the trigger pulse, X-ray radiation is emitted on the one hand, and magnetic detection is simultaneously activated on the other hand. The X-radiation and the magnetic location are then emitted or operated for a certain pulse period, which is the same length in both cases. Only after the end of the X-ray pulse, the detector is read out, which disturbances are avoided. Such activation of the magnetic location system or such a synchronization can be used for example in detectors based on amorphous silicon, in CCD detectors or television tubes. For amorphous silicon, the influence of magnetic fields is lower. The magnetic location is exactly active during the X-ray pulse, and immediately after the detector is read.

Durch die dargestellte Synchronisation im Zusammenhang mit der Positionsraumbeschränkung, die erfindungsgemäß vorgesehen ist, kann die Bildrekonstruktion schneller erfolgen, wobei zudem magnetische Störfelder berücksichtigt und kompensiert werden, um die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen.The illustrated synchronization in connection with the positional space limitation, which is provided according to the invention, the image reconstruction can be done faster, in addition, magnetic interference fields are taken into account and compensated to increase the positioning accuracy.

In der 5 ist ein Beispiel zur synchronisierten Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen mit verzögerter Detektorauslesung dargestellt. Wiederum wird mit einem Intervall I1 von einigen 10 ms ein Hochspannungstrigger erzeugt, an den sich der Zeitraum der Strahlungsaussendung entsprechend dem Zeitraum, in dem die magnetische Ortung aktiv ist, anschließt. Solange die Röntgenstrahlung ausgesandt wird, ist die magnetische Ortung aktiv. Mit dem Ausschalten der Strahlung wird das magnetische Positionierungssystem ebenfalls deaktiviert. An das Ausschalten der Röntgenstrahlung und das Deaktivieren des magnetischen Ortungssystems schließt sich mit einer Verzögerung V1 im Bereich von 10 ms das Auslesen des Detektors an, bei dem es sich hier um einen CCD-Detektor handelt. Die Verzögerung kann einstellbar sein, z. B. im Bereich von 1 ms bis 20 ms. Auch hier werden durch das synchronisierte Auslesen des Detektors Störungen vermieden.In the 5 an example for the synchronized adjustment of time intervals or time latches with delayed detector readout is shown. Again, with an interval I1 of a few tens of ms, a high-voltage trigger is generated, followed by the period of the radiation emission in accordance with the period in which the magnetic detection is active. As long as the X-ray radiation is emitted, the magnetic detection is active. Turning off the radiation also disables the magnetic positioning system. The switching off of the X-ray radiation and the deactivation of the magnetic detection system is followed by a delay V1 in the range of 10 ms, the reading of the detector, which is a CCD detector here. The delay can be adjustable, for. In the range of 1 ms to 20 ms. Again, the synchronized reading of the detector disturbances are avoided.

In der 6 ist ein Beispiel zur synchronisierten Einstellung von Zeitintervallen bzw. Zeittaktungen mit verzögerter Detektorauslesung und mit einem Vorlauf für die Ortung dargestellt. An die Erzeugung des Hochspannungstriggers, der jeweils in Intervallen I2 im Millisekundenbereich ausgesandt wird, schließt sich das Einschalten der Röntgenstrahlung an. Die magnetische Ortung ist bereits mit einem einstellbaren Vorlauf Vo2 bezogen auf das Ende der Strahlungsaussendung vor dem Einschalten der Röntgenstrahlung aktiv, wobei die Deaktivierung erfolgt, während die Strahlung noch ausgesandt wird. Das Auslesen des Detektors, bei dem es sich um einen Röntgen-Detektor handelt, erfolgt mit einer Verzögerung V2 derart, dass das Auslesen beendet ist, bevor erneut die magnetische Ortung einsetzt. Die Takte für das Auslesen des Detektors bzw. die Strahlungsaussendung und die Aktivierung des Positionssensorsystems sind dabei gleichmäßig über die gesamte Untersuchungsdauer.In the 6 is an example of the synchronized setting of time intervals or time clocks with delayed detector readout and with a forward for the location shown. The generation of the high-voltage trigger, which is emitted in each case in intervals I2 in the millisecond range, is followed by the switching on of the X-ray radiation. Magnetic locating is already active with an adjustable bias Vo2 relative to the end of the radiation emission before the X-radiation is switched on, the deactivation taking place while the radiation is still being emitted. The read-out of the detector, which is an X-ray detector, takes place with a delay V2 in such a way that the read-out is ended before the magnetic location begins again. The clocks for the readout of the detector or the radiation emission and the activation of the position sensor system are uniform over the entire examination period.

Die 7 zeigt beispielhaft einen kontinuierlichen Betrieb einer Röntgenquelle, wobei hier wiederum ein Trigger in Intervallen von 33 ms ausgesandt wird. Das Intervall kann in einem Bereich von etwa 10 ms bis 100 ms eingestellt werden. Die magnetische Ortung ist bereits vor dem Triggersignal und vor dem sich an das Triggersignal anschließenden Einschalten der Röntgenstrahlung aktiv. Die Deaktivierung der Ortung erfolgt mit dem Ende des Triggerpulses. Das Auslesen des Detektors erfolgt im Hinblick auf das Triggersignal mit einer einstellbaren Verzögerung V3 zu Zeiten, in denen die Ortung nicht aktiv ist. Während des kontinuierlichen Aussendens der Röntgenstrahlung wird der Detektor mehrfach ausgelesen, ebenso wird die magnetische Ortung in diesem Zeitraum mehrfach aktiviert.The 7 shows an example of a continuous operation of an X-ray source, in which case a trigger is again emitted at intervals of 33 ms. The interval can be set in a range of about 10 ms to 100 ms. Magnetic locating is already active before the triggering signal and before the X-ray radiation is switched on following the triggering signal. Deactivation of the location takes place at the end of the trigger pulse. The readout of the detector takes place with respect to the trigger signal with an adjustable delay V3 at times when the location is not active. During the continuous emission of the X-ray radiation, the detector is read several times, as well as the magnetic detection is activated several times during this period.

In der 8 ist ein Beispiel zur mehrfachen Aktivierung des Positionssensorsystems im Hinblick auf die Taktung des Röntgenimpulses sowie des Auslesens des Detektors dargestellt. Mit einem Intervall im Bereich von einigen 10 ms, das hier mit I4 bezeichnet ist, wird ein Hochspannungstrigger erzeugt. An die Pulse des Hochspannungstriggers schließt sich jeweils das Einschalten der Röntgenstrahlung ein, wobei nach dem Ende der Strahlungsaussendung ohne Zeitverzögerung das Auslesen des Detektors erfolgt. Demgegenüber ist die magnetische Ortung häufiger aktiv, derart, dass ein erster Ortungspuls in den Bereich des Aussendens der Röntgenstrahlung fällt, während ein zweiter Ortungspuls jeweils zwischen zwei Röntgenpulsen angeordnet ist, wobei die Ortung jeweils zu Zeiten aktiv ist, zu denen kein Auslesen des Detektors erfolgt.In the 8th an example for the multiple activation of the position sensor system with regard to the timing of the X-ray pulse and the readout of the detector is shown. With an interval in the range of a few 10 ms, which is denoted here by I4, a high-voltage trigger is generated. The pulses of the high-voltage trigger are each followed by the switching on of the X-ray radiation, the reading of the detector taking place after the end of the radiation emission without a time delay. In contrast, the magnetic location is frequently active, such that a first locating pulse falls within the range of emission of the X-radiation, while a second locating pulse is arranged between two X-ray pulses, wherein the locating is active in each case at times when there is no reading of the detector ,

Die 9 zeigt schließlich ein Beispiel zur Aktualisierung einer Display-Darstellung, bei der sich wiederum an einen Trigger die Aussendung eines Videosignals anschließt, wobei im Vorlauf des Videosignals die magnetische Ortung aktiv ist. An das Aussenden des Videosignals schließt sich die Aktualisierung einer Display-Darstellung der Position des medizinischen Instruments bzw. der aufgenommenen Bilder an. Um Störungen durch magnetische Signale zu vermeiden, erfolgt diese Aktualisierung synchronisiert in Zeiträumen, in denen die magnetische Ortung nicht aktiv ist. So kann erfindungsgemäß durch die Berücksichtigung aller Feldänderungen im Umfeld einer Untersuchungseinrichtung die Ortungsgenauigkeit eines Positionssensorsystems bei optimaler Bilddarstellung an einem Display erhöht werden.The 9 Finally, shows an example for updating a display representation, which in turn connects to a trigger, the transmission of a video signal, wherein in the flow of the video signal, the magnetic location is active. The transmission of the video signal is followed by the updating of a display representation of the position of the medical instrument or of the recorded images. To avoid interference from magnetic signals, this update is synchronized in periods when magnetic location is not active. Thus, according to the invention, by taking into account all field changes in the environment of an examination device, the positioning accuracy of a position sensor system can be increased with optimal image representation on a display.

Claims (15)

Vorrichtung (1) zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung (16), insbesondere einer Röntgeneinrichtung, in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments (10) mit einem Positionssensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Recheneinheit (3) aufweist, in der wenigstens eine die möglichen räumlichen Positionen des medizinischen Instruments (10) während der Untersuchung einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Information abgelegt ist, wobei die Recheneinheit (3) in Abhängigkeit von der wenigstens einen einschränkenden untersuchungseinrichtungsspezifischen Information zur Positionsbestimmung des medizinischen Instruments (10) bei begrenztem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen ausgebildet ist, um den Rechenaufwand für die Positionsbestimmung zu reduzieren.Contraption ( 1 ) for determining the position of at least one for an examination with an imaging examination device ( 16 ), in particular an X-ray device, introduced into the body of a patient medical instrument ( 10 ) with a position sensor system, characterized in that the device ( 1 ) a computing unit ( 3 ), in which at least one of the possible spatial positions of the medical instrument ( 10 ) is stored during the examination restrictive examiner-specific information, wherein the arithmetic unit ( 3 ) in dependence on the at least one restrictive examiner-specific information for determining the position of the medical instrument ( 10 ) is formed with limited positional space of the possible spatial positions in order to reduce the computational effort for the position determination. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Informationen die Länge und/oder Breite und/oder eine minimale und/oder maximale Höhe eines Patiententisches (19) und/oder einer bildgebenden Einheit, insbesondere einer Röntgenquelle, und/oder Informationen zur räumlichen Anordnung und/oder zu Bewegungsbegrenzungen der Untersuchungseinrichtung (2, 16) in der Recheneinheit abgelegt sind. Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that as restricting examination device-specific information the length and / or width and / or a minimum and / or maximum height of a patient table ( 19 ) and / or an imaging unit, in particular an X-ray source, and / or information on the spatial arrangement and / or on movement limits of the examination device ( 2 . 16 ) are stored in the arithmetic unit. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere einschränkende Informationen die Länge und/oder weitere Maße des medizinischen Instruments (10) abgelegt sind.Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that as further limiting information the length and / or further dimensions of the medical instrument ( 10 ) are stored. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) Teil eines Kollisionsrechnersystems ist und/oder zum Zugriff auf ein Kollisionsrechnersystem ausgebildet ist und/oder zur Verarbeitung der in einem solchen Kollisionsrechnersystem abgelegten Daten zur Bestimmung einschränkender untersuchungseinrichtungsspezifischer Informationen ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the arithmetic unit ( 3 ) Is part of a collision computer system and / or is designed to access a collision computer system and / or is designed to process the data stored in such a collision computer system for the purpose of determining restrictive investigator-specific information. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) zur Erkennung möglicher magnetischer Feldänderungen im Bereich der Untersuchungseinrichtung (2, 16) und/oder zur Positionsbestimmung in Abhängigkeit der möglichen magnetischen Feldänderungen ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the arithmetic unit ( 3 ) for detecting possible magnetic field changes in the area of the examination device ( 2 . 16 ) and / or for position determination in dependence of the possible magnetic field changes is formed. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) für die Erkennung der Feldänderungen und/oder die Positionsbestimmung in Abhängigkeit der Feldänderungen zur Einstellung wenigstens eines Zeitintervalls (I1, I2, I4) und/oder einer Zeittaktung für ein Triggersignal und/oder den Betrieb einer bildgebenden Einheit und/oder das Auslesen eines Detektorsystems und/oder das Aktivieren des, insbesondere magnetischen und/oder elektromagnetischen, Positionssensorsystems und/oder die Aktualisierung einer Bildschirmdarstellung aufgenommener Bilddaten ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the arithmetic unit ( 3 ) for the detection of the field changes and / or the position determination as a function of the field changes for setting at least one time interval (I1, I2, I4) and / or a timing for a trigger signal and / or the operation of an imaging unit and / or the readout of a detector system and / or the activation of the, in particular magnetic and / or electromagnetic, position sensor system and / or the updating of a screen display of recorded image data is formed. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) bei Einstellung mehrerer Zeitintervalle (I1, I2, I4) und/oder Zeittaktungen zur wenigstens teilweise synchronisierten Einstellung der Zeitintervalle und/oder Zeittaktungen ausgebildet ist, insbesondere zur synchronisierten Einstellung unter Berücksichtigung wenigstens einer Verzögerung (V1) und/oder eines Vorlaufs (Vo2).Contraption ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the arithmetic unit ( 3 ) is formed when setting a plurality of time intervals (I1, I2, I4) and / or time clocks for at least partially synchronized adjustment of the time intervals and / or time clocks, in particular for synchronized setting taking into account at least one delay (V1) and / or a flow (Vo2) , Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bildgebende Einheit, insbesondere eine Röntgenquelle, kontinuierlich oder gepulst betreibbar ist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the imaging unit, in particular an X-ray source, is operated continuously or pulsed. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssensorsystem zwischen den Auslesezyklen eines Detektorsystems mehrfach aktivierbar ist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the position sensor system is repeatedly activated between the readout cycles of a detector system. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (3) zum Zugriff auf und/oder zur Berücksichtigung von, insbesondere in einer Steuerungseinrichtung, abgespeicherten magnetischen Feldverläufen der Untersuchungseinrichtung und/oder zum Zugriff auf und/oder zur Berücksichtigung von, insbesondere in einer Kalibrationseinheit (35), abgespeicherte/n Feldzustände/n bei unterschiedlichen Betriebsarten der Untersuchungseinrichtung (2, 16) ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 6 to 9, characterized in that the arithmetic unit ( 3 ) for accessing and / or for taking into account, in particular in a control device, stored magnetic field profiles of the examination device and / or for access to and / or for consideration of, in particular in a calibration unit ( 35 ) stored field conditions / n at different operating modes of the examination device ( 2 . 16 ) is trained. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitungen (13, 15, 24) des Positionssensorsystems wenigstens teilweise mit Abschirmungen gegen magnetische Felder ausgebildet sind, insbesondere mit einer Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln.Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the signal lines ( 13 . 15 . 24 ) of the position sensor system are at least partially formed with shields against magnetic fields, in particular with a thin-film layer of conductive nanoparticles. Bildgebende Untersuchungseinrichtung, ausgebildet mit einer Vorrichtung (1) zur Positionsbestimmung wenigstens eines medizinischen Instruments mit einem Positionssensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.Imaging examination device, designed with a device ( 1 ) for determining the position of at least one medical instrument with a position sensor system according to one of the preceding claims. Bildgebende Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Signalleitungen (24) und/oder Funktionseinheiten der Untersuchungseinrichtung (2, 16), insbesondere ein Detektorsystem, wenigstens teilweise mit Abschirmungen gegen magnetische Felder ausgebildet sind, insbesondere mit einer Dünnfilmschicht aus leitenden Nanopartikeln.An imaging examination device according to claim 12, characterized in that signal lines ( 24 ) and / or functional units of the examination device ( 2 . 16 ), in particular a detector system, are at least partially formed with shields against magnetic fields, in particular with a thin-film layer of conductive nanoparticles. Verfahren zur Positionsbestimmung wenigstens eines für eine Untersuchung mit einer bildgebenden Untersuchungseinrichtung (2, 16), insbesondere einer Röntgeneinrichtung, in den Körper eines Patienten eingeführten medizinischen Instruments (10), wobei das Verfahren mit einer Vorrichtung (1) zur Positionsbestimmung mit einem Positionssensorsystem durchgeführt wird, die eine Recheneinheit (3) aufweist, in der wenigstens eine die möglichen räumlichen Positionen des medizinischen Instruments (10) während der Untersuchung einschränkende untersuchungseinrichtungsspezifische Information abgelegt ist, wobei die Recheneinheit (3) in Abhängigkeit von der wenigstens einen einschränkenden untersuchungseinrichtungsspezifischen Information zur Positionsbestimmung des medizinischen Instruments (10) bei begrenztem Positionsraum der möglichen räumlichen Positionen ausgebildet ist, um den Rechenaufwand für die Positionsbestimmung zu reduzieren.Method for determining the position of at least one for an examination with an imaging examination device ( 2 . 16 ), in particular an X-ray device, introduced into the body of a patient medical instrument ( 10 ), the method comprising a device ( 1 ) is carried out for determining the position with a position sensor system which has an arithmetic unit ( 3 ), in which at least one of the possible spatial positions of the medical instrument ( 10 ) is stored during the examination restrictive examiner-specific information, wherein the arithmetic unit ( 3 ) in dependence on the at least one restrictive examiner-specific information for determining the position of the medical instrument ( 10 ) is formed with limited positional space of the possible spatial positions in order to reduce the computational effort for the position determination. Verfahren nach Anspruch 14, das mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11 durchgeführt wird.Method according to claim 14, provided with a device ( 1 ) is carried out according to one of claims 2 to 11.
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